3.5 Современные структуры транзисторов

Качество ПТШ зависит от совершенства материала активного n-слоя (высокая подвижность электронов), длины канала L и сопротивлений стока и истока. На рисунке 3.5 а, б представлены наиболее простые варианты структуры ПТШ.

Буферный n-слой толщиной 1...2 мкм создается методом эпитаксии на полуизолирующей подложке. Он снимает эффект паразитного управления, а также исключает проникновение в активный n-слой неконтролируемых примесей из подложки.

Активный n-слой толщиной около 0,2 мкм создается методом эпитаксии или ионного легирования. В качестве донорных примесей используются кремний, селен или сера. Необходимая величина порогового напряжения обеспечивается прецизионным травлением активного слоя до нужной толщины (заглубленный затвор). Большая толщина пассивных областей стока и истока обеспечивает снижение сопротивлений R_n и R_c. Оптическая литография позволяет получать длину затвора около 1 мкм при расстоянии между электродами стока и истока около 4 мкм. Снижению сопротивлений R_n и R_c способствует создание поверх активного n-слоя тонкого контактного n⁺-слоя (рис. 3.5, б).

Межэлементная изоляция осуществляется либо путем стравливания мезаструктур, либо (что предпочтительнее) бомбардировкой пассивных участков поверхности ионам H⁺, B⁺ или О⁺.

Омические контакты стока и истока создаются вакуумным напылением слоя AuGe (~ 0,1 мкм) и затем слоя Ni, Аи или Pt (< 0,1 мкм) с последующим отжигом. Для затворного контакта Шоттки применяются тугоплавкие металлы (Pt, Ti, W, Аи и др.) либо силициды вольфрама или титана.

Н аиболее перспективным методом получения активных слоев для больших интегральных схем является селективное ионное легирование чистой подложки. Для этого подложка должна иметь высокое удельное сопротивление и высокую подвижность электронов (последнее необязательно при использовании эпитаксиальных структур). Межэлементная изоляция при этом обеспечивается автоматически.

a – с буферным п -слоем; б – с буферным п -слоем и контактным n⁺-слоем

Рисунок 3.5 – Структуры ПТШ с заглубленным затвором.

Для снижения сопротивлений стока и истока применяются методы самосовмещения, позволяющие максимально сократить или вообще исключить зазор между каналом и n⁺-слоем. На рисунке 3.6 показана последовательность технологических операций при создании ПТШ по совмещенной технологии, основанной на применении многослойного резиста (SAINT-технология).

Перспективные структуры ПТШ показаны на рисунке 3.7. В структуре на рисунке 3.7, а у боковых граней затвора из силицида вольфрама создаются вертикальные диэлектрические стенки. Эти стенки толщиной 0,2...0,3 мкм отделяют затвор от n⁺-областей стока и истока, снижая краевые емкости затвора.

Недостатком SAINT-структуры (рис. 3.7, б) является некоторое повышение емкостей С_зи, С_зс за счет нависания электрода затвора над п⁺-областями. Этот недостаток устранен в усовершенствованной SAINT-структуре (см. рис. 3.7, б) путем использования композиции Мо–Аи при создании затвора.

Применение электронной литографии позволяет получать затворы длиной 0,2...0,4 мкм и менее. Предельная частота таких ПТШ может достигать 30...50 ГГц.

В заключение отметим, что структуры ПТШ без электрода стока или с объединенными электродами стока и истока используются в качестве планарных диодов Шоттки. В последнем случае за счет снижения сопротивления базы R_E =(R^-1_И+R^-1с)^-1 достигается минимальное значение постоянной времени R_БС, которая может составлять менее одной пикосекунды.

1 – ионная имплантация п- канала; 2 – осаждение SiN; 3 – формирование Т-образной маски над затвором; 4 – ионная имплантация п+-слоя стока и истока; 5 – осаждение SiO_2; 6 -взрыв фоторезиста ФР -1; 7 – отжиг;

8 – металлизация омических контактов стока и истока; 9 – вплавление омических контактов; 10 – осаждение затворного контакта

Рисунок 3.6 – Последовательность технологических операций при создании ПТШ по технологии SAINT

1 – полуизолирующая подложка; 2 – n-GaAs; 3 –n^- GaAs; 4 – n⁺ GaAs;

5 – контакты стока и истока; 6 – затвор (а – Wsi_x; б – Pt/Ti/Au; в –МО); 7 – Аи; 8 – Si0₂; 9– SiN

а – с затвором из силицида вольфрама и вертикальными диэлектрическими стенками; б – SAINT-структура; в – усовершенствованная SAINT-структура

Рисунок 3.7 – Перспективные структуры ПТШ